Wie viel kostet eine 4-lagige Leiterplatte?

Eine 4-lagige Leiterplatte ist eine der gängigsten Mehrschichtkonfigurationen, die in elektronischen Produkten zum Einsatz kommen.

Es bietet mehr Platz für die Leiterbahnführung als eine zweilagige Leiterplatte und ist dabei deutlich einfacher und kostengünstiger als Konstruktionen mit hoher Lagenanzahl oder HDI-Konstruktionen.

Es gibt jedoch keinen einheitlichen Preis für eine 4-lagige Leiterplatte.

Zwei Bretter mit denselben Abmessungen können aufgrund folgender Unterschiede deutlich unterschiedliche Preise haben:

• Leiterplattenmaterial
• Kupfergewicht
• Dicke der Platte
• Oberflächengüte
• Lochgröße und Anzahl
• Anforderungen an Leiterbahnen und Abstände
• Menge
• Prüfung
• Produktionsdurchlaufzeit

Aus diesem Grund sollte eine aussagekräftige Kostenschätzung für eine 4-lagige Leiterplatte von der vollständigen Fertigungsspezifikation ausgehen und nicht nur von den Abmessungen der Leiterplatte.

Was ist eine typische 4-lagige Leiterplatte?

Eine herkömmliche 4-lagige Leiterplatte besteht in der Regel aus:

• Oberste Signalschicht
• Masse- oder Stromschicht
• Masse- oder Stromschicht
• Unterste Signalschicht

Die tatsächliche Schichtung hängt von der jeweiligen Anwendung ab.

Bei einer relativ einfachen Steuerplatine dienen zwei interne Schichten in erster Linie als Stromversorgungs- und Masseflächen. Bei einem Hochgeschwindigkeitsdesign kann der Schichtaufbau auf kontrollierte Impedanz und klar definierte Signalrückwege ausgerichtet sein.

Das ist ein Grund, warum Der Preis einer 4-lagigen Leiterplatte sollte nicht allein anhand der Anzahl der Lagen beurteilt werden.

Die Anzahl der Schichten gibt Aufschluss über den grundlegenden Aufbau, nicht jedoch über den Fertigungsaufwand.

Weitere Informationen zum gesamten Herstellungsablauf finden Sie unter PCB-Herstellungsprozess.

Wovon hängen die Kosten einer 4-lagigen Leiterplatte ab?

Brettgröße

Die Abmessungen der Platine gehören zu den am leichtesten nachvollziehbaren Kostenfaktoren.

Eine größere Platte erfordert mehr Laminatmaterial und nimmt in der Regel mehr Platz auf der Produktionsplatte ein.

Allerdings verläuft dieser Zusammenhang nicht immer linear.

A board measuring 100 × 100 mm does not necessarily cost twice as much as a 50 × 100 mm board because manufacturers also consider how efficiently the boards can be arranged on a panel.

Aus diesem Grund lässt sich die Materialausnutzung manchmal durch eine geringfügige Änderung der Kontur verbessern.

Auswahl des Materials

Standard-FR-4 wird üblicherweise für 4-lagige Leiterplatten verwendet.

Je nach Anwendungsfall können Konstrukteure Folgendes festlegen:

• Standard-Tg FR-4
• FR-4 mit hoher Glasübergangstemperatur
• Verlustarme Materialien
• Hochfrequenz-Laminate

Ein handelsüblicher digitaler Controller benötigt möglicherweise kein teures HF-Laminat.

Andererseits kann eine Leiterplatte, die mit hoher Frequenz oder in einer thermisch anspruchsvollen Umgebung betrieben wird, ein Material mit stabileren elektrischen oder thermischen Eigenschaften erfordern.

Die Verwendung des günstigsten Laminats ist daher nicht unbedingt der beste Weg, um die Leiterplattenkosten zu senken.

Kupfer Gewicht

Bei vielen 4-Lagen-Designs ist eine Kupferdicke von 1 oz üblich.

Höhere Kupfergewichte können die Material- und Verarbeitungskosten erhöhen.

Beispielsweise kann eine Leiterplatte aufgrund der Strom- und Wärmeanforderungen 2 oz Kupfer oder mehr erfordern.

Wichtig ist, zwischen folgenden Punkten zu unterscheiden: erforderliches Kupfergewicht und unnötig schweres Kupfer.

Wenn die Leiterbahnen und die Stromverteilung kein zusätzliches Kupfer erfordern, kann die Verwendung von zusätzlichem Kupfer – nur weil es robuster erscheint – die Kosten in die Höhe treiben, ohne einen nennenswerten Nutzen zu bieten.

PCB-Dicke

Gängige Plattenstärken lassen sich in der Regel leichter herstellen als ungewöhnliche Konstruktionen.

Die Kosten können steigen, wenn ein Projekt Folgendes erfordert:

• Abweichende Dicke
• Enge Dickentoleranz
• Ungewöhnlicher dielektrischer Aufbau
• Besondere mechanische Anforderungen

Sofern es das Gehäuse zulässt, kann die Verwendung einer herkömmlichen Plattendicke die Beschaffung vereinfachen.

Oberfläche

Die Oberflächenbeschaffenheit kann sich spürbar auf den Kostenvoranschlag auswirken.

Zu den gängigen Optionen gehören:

• HASL
• Bleifreies HASL
• ENIG
• OSP
• Eintauchen Silber

HASL eignet sich häufig für herkömmliche Anwendungen.

ENIG ist zwar teurer, kann aber sinnvoll sein, wenn eine glattere Oberfläche erforderlich ist, insbesondere bei Bauteilen mit engem Rastermaß.

Die Wahl sollte sich daher nach den Montageanforderungen richten und nicht einfach auf die kostengünstigste Oberflächenausführung fallen.

Bohrergröße und Anzahl der Bohrlöcher

Eine standardmäßige 4-lagige Leiterplatte mit herkömmlichen Durchkontaktierungen lässt sich relativ einfach herstellen.

Die Kosten können steigen, wenn der Entwurf Folgendes enthält:

• Sehr kleine mechanische Bohrungen
• Eine große Anzahl von Löchern
• Eng anliegende Ringförmige Ringe
• Blinde Durchkontaktierungen
• Vergrabene Durchkontaktierungen
• Mikrobohrungen

Eine 4-lagige Leiterplatte mit herkömmlichen Durchkontaktierungen kann daher preislich erheblich von einer 4-lagigen Leiterplatte mit HDI-Strukturen abweichen.

Ein aufschlussreicher Vergleich ist der aufwendigere Herstellungsprozess, der für HDI-Leiterplattenfertigung.

Leiterbahnbreite und -abstand

Bei den meisten handelsüblichen 4-lagigen Leiterplatten sind keine extrem feinen Leiterbahnen erforderlich.

Wenn die Konstruktion an die Prozessgrenzen eines Herstellers stößt, werden die Anforderungen an die Fertigung höher.

Zum Beispiel unnötig eng:

• Linienbreite
• Zeilenabstand
• Ringförmiger Ring
• Abstand zur Lötmaske

kann den Fertigungsaufwand erhöhen.

Wenn die elektrische Auslegung eine konventionellere Geometrie zulässt, kann eine Lockerung dieser Anforderungen unter Umständen zu einer Kostensenkung und gleichzeitig zu einer Verbesserung der Produktionsausbeute führen.

Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit und die Montage

Die Kosten für die Leiterplatte sollten ebenfalls im Zusammenhang mit dem Bestückungsprozess berücksichtigt werden.

Eine Leiterplatte, die für BGA-Bauteile mit engem Rastermaß oder andere dicht angeordnete SMT-Bauteile ausgelegt ist, erfordert möglicherweise eine Oberflächenbeschaffenheit und eine Pad-Struktur, die eine zuverlässige Bestückung gewährleisten.

Bei solchen Designs kann die Wahl einer kostengünstigeren Oberflächenbehandlung der Leiterplatte später zu zusätzlichen Problemen bei der Bestückung führen.

Dies ist besonders wichtig für Leiterplatten, bei denen die Leiterplattenfertigung und die SMT-Bestückung eng miteinander verbunden sind.

Die Menge hat einen erheblichen Einfluss auf den Stückpreis

Der Preisunterschied zwischen Prototypen und Serienprodukten kann erheblich sein.

Auch bei einer kleinen Bestellung ist Folgendes erforderlich:

• CAM-Vorbereitung
• Werkzeuge
• Produktionsaufbau
• Materialvorbereitung
• Prüfung

Diese Kosten verteilen sich auf eine relativ geringe Anzahl von Gremien.

Mit steigender Menge verteilt sich der fixe Anteil der Kosten auf mehr Einheiten.

Beispielsweise beträgt der Stückpreis für:

10 Bretter

liegt in der Regel deutlich über dem Stückpreis für:

1.000 Bretter

Allerdings ist es bei einem neuen Produkt nicht immer sinnvoll, Tausende von Platinen zu bestellen, nur um einen niedrigeren Stückpreis zu erzielen.

Wenn sich das Design noch ändert, können überschüssige Lagerbestände teurer werden als der höhere Preis für den Prototyp.

Die Lieferzeit kann sich auf das Angebot auswirken

Ein regulärer Produktionsplan lässt sich in der Regel leichter planen als ein Eilauftrag.

Eine beschleunigte Produktion kann Folgendes umfassen:

• Vorrangige Produktionstermine
• Zusätzliche Prozesskoordination
• Einschränkungen hinsichtlich der Materialverfügbarkeit
• Überstunden oder Anpassungen im Dienstplan

Beim Vergleich von Angeboten ist es daher sinnvoll, Folgendes zu vergleichen: Preis und Lieferzeit zusammen.

Ein Angebot, das zwar etwas günstiger ist, aber erst zwei Wochen später eintrifft, ist für eine Produkteinführung möglicherweise nicht die bessere Wahl.

Anleitung: So schätzen Sie die Kosten für eine 4-lagige Leiterplatte, bevor Sie ein Angebot anfordern

Schritt 1: Festlegung der grundlegenden Spezifikationen für die Platine

Vorbereitung:

• Länge und Breite des Boards
• Anzahl der Schichten
• Dicke der Platte
• Kupfergewicht
• Menge

Diese bilden den grundlegenden Rahmen für das Angebot.

Schritt 2: Besondere Anforderungen ermitteln

Prüfen Sie, ob das Design Folgendes erfordert:

• Kontrollierte Impedanz
• Kleine Löcher
• Blind- oder vergrabene Durchkontaktierungen
• Spezielle Materialien
• Schweres Kupfer
• Ungewöhnliche Toleranzen

Wenn keine dieser Komponenten erforderlich ist, lässt sich die Platine relativ einfach herstellen.

Schritt 3: Wählen Sie die Oberflächenbeschaffenheit aus

Wählen Sie die Oberflächenausführung entsprechend den Montageanforderungen aus.

Geben Sie ENIG nicht einfach deshalb an, weil es häufig verwendet wird, wenn HASL oder eine andere Oberflächenbehandlung für das Produkt ausreichend ist.

Schritt 4: Überprüfen Sie den Aufbau

Eine 4-lagige Leiterplatte muss nicht für jede Anwendung denselben Schichtaufbau aufweisen.

Bei Hochgeschwindigkeitsschaltungen spielt das Verhältnis zwischen Signalschichten, Referenzebenen und der Dicke des Dielektrikums eine wichtige Rolle.

Hier befindet sich auch Ihr Entwurf des Leiterplattenaufbaus Der Inhalt kann das Thema auf natürliche Weise untermauern.

Schritt 5: Vergleichen Sie gleichwertige Angebote

Achten Sie beim Preisvergleich darauf, dass alle Angebote folgende Kriterien berücksichtigen:

• Material
• Kupfergewicht
• Oberflächengüte
• Dicke der Platte
• Menge
• Toleranzen
• Prüfungsanforderungen

Andernfalls könnte die niedrigste Zahl einfach eine andere Spezifikation darstellen.

Warum ist eine 4-lagige Leiterplatte teurer?

Eine relativ kostengünstige 4-lagige Leiterplatte könnte folgende Komponenten enthalten:

• Standard FR-4
• Standarddicke
• 1 Unze Kupfer
• Standard-Durchgangsbohrungen
• Herkömmliche Leiterbahnbreite und -abstand
• Standard-Oberflächenbeschaffenheit
• Mäßiges Produktionsvolumen

Die Kosten steigen, wenn für dieselbe Platine mehrere Spezialverfahren erforderlich sind.

Beispiel:

Spezifikation	Kostenauswirkungen
Standard FR-4	Unter
Material mit hoher Glasübergangstemperatur	Höher
1 Unze Kupfer	Standard
2 oz+ Kupfer	Höher
Standard-Durchgangsbohrungen	Unter
Mikrobohrungen	Höher
HASL	In der Regel niedriger
ENIG	In der Regel höher
Standarddicke	Unter
Sonderdicke	Höher
Größere Menge	Niedrigere Stückkosten
Kleine Prototypenmenge	Höhere Stückkosten

Die wichtige Feststellung lautet, dass Nicht jede teure Ausstattung ist überflüssig..

Wenn für ein Produkt ein Material mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) oder eine kontrollierte Impedanz erforderlich ist, sind diese Anforderungen Teil der technischen Lösung und stellen keine optionalen Kosten dar.

Wann sollte man sich für 4 Schichten statt für 2 entscheiden?

Die Kosten sollten nicht das einzige Kriterium sein.

Eine 4-lagige Leiterplatte kann sinnvoll sein, wenn ein 2-lagiges Design Probleme verursacht in Bezug auf:

• Routing-Dichte
• Erdungsdurchgang
• Stromverteilung
• EMI
• Signalintegrität
• Brettgröße

Durch das Hinzufügen von zwei Schichten lässt sich das Endprodukt manchmal kostengünstiger gestalten, da dies die Leiterbahnführung vereinfacht und die Leiterplattenfläche verringert.

Beispielsweise lässt sich ein kompakter Controller möglicherweise leichter als 4-lagige Leiterplatte herstellen als als wesentlich größere 2-lagige Leiterplatte mit kompliziertem Leiterbahnlayout.

Deshalb Die geringste Anzahl an Leiterplattenlagen führt nicht immer zu den niedrigsten Gesamtproduktkosten..

Kosten für 4-lagige Leiterplatten im Vergleich zu Leiterplatten mit höherer Lagenanzahl

Eine 4-lagige Leiterplatte ist in der Regel ein praktischer Ausgangspunkt für viele Produkte mittlerer Komplexität.

Mit steigender Schichtenzahl werden zusätzliche Laminier- und Fertigungsschritte erforderlich.

Leiterplattenstruktur	Typische Komplexität
2-lagig	Low
4-lagig	Mäßig
6-lagig	Höher
8-lagig	Höher
10+ Schichten	Komplex

Bei Produkten, die eine höhere Routing-Kapazität erfordern, kann eine höhere Schichtenanzahl gerechtfertigt sein.

Der Wechsel von 4 auf 6 oder 8 Schichten sollte sich jedoch an den tatsächlichen Anforderungen hinsichtlich Leiterbahnführung, Stromversorgung, mechanischer Auslegung oder Signalintegrität orientieren und nicht einfach einem Standard-Entwurfsmuster folgen.

So senken Sie die Kosten für 4-lagige Leiterplatten

Es gibt verschiedene praktische Möglichkeiten, die Kosten zu senken, ohne dabei die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.

Verwenden Sie Standardmaterialien

Wenn Standard-FR-4 die Anforderungen der Anwendung erfüllt, bietet die Verwendung eines Speziallaminats möglicherweise nur geringe Vorteile.

Vermeiden Sie unnötige feine Linienelemente

Entwerfen Sie nicht an der Grenze der Fertigungsmöglichkeiten, es sei denn, das Layout erfordert dies tatsächlich.

Optimierung des Leiterplattenumrisses

Schon eine geringfügige Änderung der Abmessungen kann manchmal die Plattenausnutzung verbessern.

Halten Sie die Via-Struktur einfach

Standard-Durchkontaktierungen sind in der Regel kostengünstiger als Blind-, Vergrabene- oder Microvia-Strukturen.

Wählen Sie eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit

Wählen Sie die Oberflächenausführung entsprechend dem Montageprozess aus, anstatt standardmäßig die teuerste Option zu wählen.

FAQ

Schlussfolgerung

Die Kosten für eine 4-lagige Leiterplatte hängen von weit mehr Faktoren ab als nur von der Anzahl der Lagen.

Die wichtigsten Faktoren sind:

• Brettgröße
• Material
• Kupfergewicht
• Dicke
• Lochstruktur
• Oberflächengüte
• Konstruktionstoleranzen
• Menge
• Prüfung
• Vorlaufzeit

Bei den meisten Projekten ist es am besten, mit der einfachsten Konstruktion zu beginnen, die die Anforderungen in Bezug auf Elektrik, Mechanik, Thermik und Zuverlässigkeit erfüllt.

Eine gut konzipierte 4-lagige Leiterplatte erfordert keine teuren Materialien oder komplizierten Fertigungsprozesse, es sei denn, die Anwendung macht dies tatsächlich erforderlich. Eine sorgfältige Planung des Schichtaufbaus, sinnvolle Designregeln und eine geeignete Materialauswahl können oft die Kosten senken und gleichzeitig die Herstellung der Leiterplatte vereinfachen.

Für ein Angebot für Leiterplatten ist der aussagekräftigste Vergleich daher nicht einfach nur “Which supplier is cheaper?”, aber “Are both quotations based on the same engineering requirements?”